一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法与流程

1.本发明涉及汽车测试技术领域，具体涉及基于激光雷达的车端数据的融合定位方法。


背景技术：

2.目前，在无人驾驶车辆定位技术分支众多，主要技术为：1)卫星定位技术，该技术对环境要求较高，需要被定位目标处于空旷场地，室内会丢失定位信号，无法应用于室内泊车场；2)卫星融合惯导系统定位技术，该技术在1)的基础上融合了惯导系统的数据，在一定时间内可以通过惯导数据对卫星未定进行修正，但是随着脱离卫星定位时长的增加，整体定位精度会降低，室内泊车场应用较弱；3)视觉识别的定位技术，该及基于视觉识别比对，对环境尤其是光照度的一致性要求较高，严重依赖于算法，定位精度也不高，且需要提前学习相关环境生成定位地图再去使用；4)超宽带(uwb)定位技术，通过架设uwb接收器、uwb参考标签和主动uwb标签，再通过中央处理单元进行测距定位计算分析，布置较复杂，投入较高。
3.因此，现有的技术存在的缺陷为：1)无法应用于室内泊车场；2)随着脱离卫星定位时长的增加，整体定位精度会降低；3)需要提前学习相关环境生成定位地图再去使用；4)由于布置较复杂，造成投入较高。


技术实现要素：

4.本发明解决了现有技术无法应用于室内泊车场，随着脱离卫星定位时长的增加，整体定位精度会降低，需要提前进行地图采集，且由于布置较复杂，造成投入较高的问题。
5.本发明所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，包括以下步骤：
6.步骤s1，在车辆上安装激光传感器后，将障碍物放在车辆前方；
7.步骤s2，将车辆行驶一定距离，激光传感器测出车辆行驶距离，同时，计算出车辆行驶距离后，建立已测出的车辆行驶距离与已计算出的车辆行驶距离的映射关系；
8.步骤s3，在车辆绕行返回起始位置的过程中，分别测出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量，同时，计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量；
9.步骤s4，建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系后，绘制车辆绕行轨迹；
10.步骤s5，基于步骤s2建立的映射关系对步骤s4建立的映射关系进行修正；
11.步骤s6，以车辆的起始位置为原点建立坐标系，叠加步骤s5已修正的映射关系形成行驶轨迹，同时结合激光雷达slam技术，即完成与步骤s4绘制的车辆绕行轨迹的定位融合。
12.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s2中，所述的计算出车辆行驶距离是通过车速积分的方式。
13.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s3中，所述的在车辆绕行返回起
始位置的过程中，具体为：
14.车辆在起始位置处，分别标记出车辆每个车轮的位置后，将车辆绕行8字返回起始位置，使得车辆每个车轮的位置与标记点一致，且转向盘角度一致。
15.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s3中，所述的计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量为：
16.δx'＝r
×
sin(δθ)；
17.δy'＝r-r
×
cos(δθ)；
18.式中，δx'为计算值，单位时间x方向位移，δy'为计算值，单位时间y方向位移，r为转弯半径，δθ为单位时间内的转角。
19.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s4中，所述的建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系为：
20.δx＝f(δx',δy')；
21.δy＝f(δx',δy')；
22.式中，δx'为计算值，单位时间x方向位移，δy'为计算值，单位时间y方向位移，δx为激光雷达观测值，单位时间x向位移，δy为激光雷达观测值，单位时间y向位移。
23.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s5中，所述的基于步骤s2建立的映射关系对步骤s4建立的映射关系进行修正为：
[0024]vlaser
＝v
rr
+δv
rr
＝v
rl
+δv
rl
；
[0025]
式中，v
laser
为计算值，激光雷达计算车速，v
rr
为右后轮速，δv
rr
为计算值，右后轮速误差，v
rl
为左后轮速,δv
rl
为计算值，左后轮速误差。
[0026]
本发明所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位系统，包括以下模块：
[0027]
模块s1，在车辆上安装激光传感器后，将障碍物放在车辆前方；
[0028]
模块s2，将车辆行驶一定距离，激光传感器测出车辆行驶距离，同时，计算出车辆行驶距离后，建立已测出的车辆行驶距离与已计算出的车辆行驶距离的映射关系；
[0029]
模块s3，在车辆绕行返回起始位置的过程中，分别测出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量，同时，计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量；
[0030]
模块s4，建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系后，绘制车辆绕行轨迹；
[0031]
模块s5，基于模块s2建立的映射关系对模块s4建立的映射关系进行修正；
[0032]
模块s6，以车辆的起始位置为原点建立坐标系，叠加模块s5已修正的映射关系形成行驶轨迹，同时结合激光雷达slam技术，即完成与模块s4绘制的车辆绕行轨迹的定位融合。
[0033]
本发明所述的一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
[0034]
存储器，用于存放计算机程序；
[0035]
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述方法中任一所述的方法步骤。
[0036]
本发明所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算
机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法中任一所述的方法步骤。
[0037]
本发明解决了现有技术无法应用于室内泊车场，随着脱离卫星定位时长的增加，整体定位精度会降低，需要提前进行地图采集，且由于布置较复杂，造成投入较高的问题。具体有益效果包括：
[0038]
1、本发明所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，现有技术采用卫星定位技术，该技术对环境要求较高，需要被定位目标处于空旷场地，室内会丢失定位信号，无法应用于室内泊车场，本发明通过将激光传感器测出的数据与车端计算出的数据的融合实现了在室内的精准定位，且该定位精度不会因为时间发生漂移；
[0039]
2、本发明所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，现有技术需要提前进行地图采集，或布置较复杂，本发明既不需要提前进行地图采集，也不需要布置额外得路侧设备来辅助定位，降低了设备资金投入；
[0040]
本发明所述的基于激光雷达的车端数据的融合定位方法还可以应用于车端数据技术领域。
附图说明
[0041]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0042]
图1是实施方式一所述的行驶轨迹图；
[0043]
图2是实施方式一所述的δt对应的行驶轨迹图；
[0044]
图3是实施方式二所述的阿克曼转向几何模型图；
[0045]
图4是实施方式二所述的δt的横纵向位移关系图；
[0046]
图5是实施方式二所述的车轮转向角度图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0048]
实施方式一、本实施方式所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0049]
步骤s1，在车辆上安装激光传感器后，将障碍物放在车辆前方；
[0050]
步骤s2，将车辆行驶一定距离，激光传感器测出车辆行驶距离，同时，计算出车辆行驶距离后，建立已测出的车辆行驶距离与已计算出的车辆行驶距离的映射关系；
[0051]
步骤s3，在车辆绕行返回起始位置的过程中，分别测出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量，同时，计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量；
[0052]
步骤s4，建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系后，绘制车辆绕行轨迹；
[0053]
步骤s5，基于步骤s2建立的映射关系对步骤s4建立的映射关系进行修正；
[0054]
步骤s6，以车辆的起始位置为原点建立坐标系，叠加步骤s5已修正的映射关系形成行驶轨迹，同时结合激光雷达slam技术，即完成与步骤s4绘制的车辆绕行轨迹的定位融合。
[0055]
本实施方式中，所述的步骤s2中，所述的计算出车辆行驶距离是通过车速积分的方式。
[0056]
本实施方式中，所述的步骤s3中，所述的在车辆绕行返回起始位置的过程中，具体为：
[0057]
车辆在起始位置处，分别标记出车辆每个车轮的位置后，将车辆绕行8字返回起始位置，使得车辆每个车轮的位置与标记点一致，且转向盘角度一致。
[0058]
本实施方式中，车端数据包含轮速数据、卫星定位数据、转向盘角度数据，若车辆没有的上述数据，可以通过外接传感器器的方式获取以上数据，在一般情况下，作为智能驾驶功能的车辆上述信号都是必备的。
[0059]
包括以下步骤：
[0060]
1)在车辆上安装激光传感器，并以后轴中心作为坐标原点；
[0061]
2)里程标定，获取x方向上分量关系；将一固定障碍放于车辆前方，保持转向盘角度对中，缓慢向前行驶一定距离，行驶过程中记录车速，并通过激光测距仪测得行驶距离l0，通过车速积分的方式计算行驶距离l1，建立l0与l1之间的映射关系；
[0062]
3)转向盘偏转角度标定，获取y方向上分量关系；在起点位置，标记出四个车轮的位置，如图1所示，驾驶车辆绕行8字后，返回起点，并保证四个车位停车位置与标记点一致，且转向盘角度一致，行驶过程中记录转向盘角度数据θ，如图2所示，通过该过程建立不同车速不同转向盘角度下的位移向量的值，该过程中x方向、y方向上的向量和为0；
[0063]
4)通过标定完成的位移向量的值，绘制行车轨迹，最终坐标点应重合，或在允许的偏差范围内。
[0064]
实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法进一步的限定，所述的步骤s3中，所述的计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量为：
[0065]
δx'＝r
×
sin(δθ)；
[0066]
δy'＝r-r
×
cos(δθ)；
[0067]
式中，δx'为计算值，单位时间x方向位移，δy'为计算值，单位时间y方向位移，r为转弯半径，δθ为单位时间内的转角。
[0068]
本实施方式中，所述的步骤s4中，所述的建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系为：
[0069]
δx＝f(δx',δy')；
[0070]
δy＝f(δx',δy')；
[0071]
式中，δx'为计算值，单位时间x方向位移，δy'为计算值，单位时间y方向位移，δx为激光雷达观测值，单位时间x向位移，δy为激光雷达观测值，单位时间y向位移。
[0072]
本实施方式中，所述的步骤s5中，所述的基于步骤s2建立的映射关系对步骤s4建立的映射关系进行修正为：
[0073]vlaser
＝v
rr
+δv
rr
＝v
rl
+δv
rl
；
[0074]
式中，v
laser
为计算值，激光雷达计算车速，v
rr
为右后轮速，δv
rr
为计算值，右后轮速误差，v
rl
为左后轮速,δv
rl
为计算值，左后轮速误差。
[0075]
本实施方式中，转向盘角度与车轮转角关系：
[0076]
δ
fl
＝f(δs，lw)；
[0077]
δ
fr
＝f(δs，lw)；
[0078]
以后轴中心速度为车速v存在以下关系，其中v
rr
，v
rl
分别为右后轮速和左后轮速：
[0079]
v＝(v
rr
+v
rl
)/2；
[0080]
在δt的时间范围内，以后轮中心为质点发生的位移为δs，则存在以下关系：
[0081]
δs＝v
×
δt；
[0082]
以开始时刻的车辆坐标，前向为x正，左侧为y正，建立坐标轴，δs可以分解为δx，δy关系如下：
[0083][0084]
如图3所示，根据阿克曼转角模型，存在下关系式，可以求解出转弯半径r，以及角速度w:
[0085]rrr
＝r-lw/2；
[0086]rrl
＝r+lw/2；
[0087][0088][0089]vrr
＝r
rr
×
w；
[0090]vrl
＝r
rl
×
w；
[0091]vpl
＝r
fl
×
w；
[0092]vpr
＝p
fr
×
w；
[0093]
r＝lw×
(v
rr
+v
rl
)/2/(v
rl-v
rr
)；
[0094]
δ
fr
＝ctan(l/r
rr
)；
[0095]
δ
fl
＝ctan(l/r
rl
)；
[0096]
如图4所示，通过车端数据，可以计算出横向和纵向的位移：
[0097]
δθ＝w
×
δt；
[0098]
δx
′
＝r
×
sin(δθ)；
[0099]
δy
′
＝r-r
×
cos(δθ)；
[0100]
以激光雷达测量数据为真值，以车端数据计算结果为计算值，可以建立以下关系：
[0101]
δx＝f(δx
′
，δy)；
[0102]
δy＝f(δx
′
，δy
′
)；
[0103]
为了进一步提升数据模型的准确性，使用直线行驶工况，通过激光雷达测量计算实际车速，再与轮边车速进行对比，如图5所示，获取轮边车速的误差，在计算过程中对齐进行修正，其关系式如下；
[0104]
vlaser＝vrr+δvrr＝vrl+δvrl；
[0105]
式中，δs为转向盘角度，车端观测值，l为轴距，车端观测值，lw为轮距，车端观测
值，v
rr
为轮速，下标为轮胎位置，有fr\fl\rr\rl，分别为前右\前左\后右\后左，车端观测值，δv
rr
为轮速误差，下标为轮胎位置，计算值，δx为单位时间x向位移，激光雷达观测值，δy为单位时间y向位移，激光雷达观测值，δt为单位时间，观测值，δx'为单位时间x向位移，计算值，δy'为单位时间x向位移，计算值，v为后轴中心车速，计算值，v
laser
为光雷达计算车速，计算值，δfl为左前轮转角，计算值，δfr为右前轮转角，计算值，δs为单位时间内的位移，计算值，δθ为单位时间内的转角，计算值，r为转弯半径，计算值，w为转弯角速度，计算值；
[0106]
出发初始位置为原点，前向为x正，左侧为y正，建立坐标系，叠加δx、δy可形成行驶轨迹，基于该轨迹就可以完成车辆的定位，同时，通过激光雷达slam技术，完成定位修正及融合。
[0107]
综上所述，通过激光雷达及车端数据的融合能够在室内进行精准定位。
[0108]
以上对本发明所提出的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，在车辆上安装激光传感器后，将障碍物放在车辆前方；步骤s2，将车辆行驶一定距离，激光传感器测出车辆行驶距离，同时，计算出车辆行驶距离后，建立已测出的车辆行驶距离与已计算出的车辆行驶距离的映射关系；步骤s3，在车辆绕行返回起始位置的过程中，分别测出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量，同时，计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量；步骤s4，建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系后，绘制车辆绕行轨迹；步骤s5，基于步骤s2建立的映射关系对步骤s4建立的映射关系进行修正；步骤s6，以车辆的起始位置为原点建立坐标系，叠加步骤s5已修正的映射关系形成行驶轨迹，同时结合激光雷达slam技术，即完成与步骤s4绘制的车辆绕行轨迹的定位融合。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，所述的步骤s2中，所述的计算出车辆行驶距离是通过车速积分的方式。3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，所述的步骤s3中，所述的在车辆绕行返回起始位置的过程中，具体为：车辆在起始位置处，分别标记出车辆每个车轮的位置后，将车辆绕行8字返回起始位置，使得车辆每个车轮的位置与标记点一致，且转向盘角度一致。4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，所述的步骤s3中，所述的计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量为：δx'＝r
×
sin(δθ)；δy'＝r-r
×
cos(δθ)；式中，δx'为计算值，单位时间x方向位移，δy'为计算值，单位时间y方向位移，r为转弯半径，δθ为单位时间内的转角。5.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，所述的步骤s4中，所述的建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系为：δx＝f(δx',δy')；δy＝f(δx',δy')；式中，δx'为计算值，单位时间x方向位移，δy'为计算值，单位时间y方向位移，δx为激光雷达观测值，单位时间x向位移，δy为激光雷达观测值，单位时间y向位移。6.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法，其特征在于，所述的步骤s5中，所述的基于步骤s2建立的映射关系对步骤s4建立的映射关系进行修正为：v
laser
＝v
rr
+δv
rr
＝v
rl
+δv
rl
；式中，v
laser
为计算值，激光雷达计算车速，v
rr
为右后轮速，δv
rr
为计算值，右后轮速误差，v
rl
为左后轮速,δv
rl
为计算值，左后轮速误差。7.一种基于激光雷达的车端数据的融合定位系统，其特征在于，包括以下模块：模块s1，在车辆上安装激光传感器后，将障碍物放在车辆前方；模块s2，将车辆行驶一定距离，激光传感器测出车辆行驶距离，同时，计算出车辆行驶
距离后，建立已测出的车辆行驶距离与已计算出的车辆行驶距离的映射关系；模块s3，在车辆绕行返回起始位置的过程中，分别测出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量，同时，计算出不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量；模块s4，建立已测出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下x方向和y方向的位移向量的映射关系后，绘制车辆绕行轨迹；模块s5，基于模块s2建立的映射关系对模块s4建立的映射关系进行修正；模块s6，以车辆的起始位置为原点建立坐标系，叠加模块s5已修正的映射关系形成行驶轨迹，同时结合激光雷达slam技术，即完成与模块s4绘制的车辆绕行轨迹的定位融合。8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-6任一所述的方法步骤。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法步骤。

技术总结
一种基于激光雷达的车端数据的融合定位方法。步骤S1，在车辆上安装激光传感器；步骤S2，激光传感器测出车辆行驶距离，计算出车辆行驶距离后，建立已测出的车辆行驶距离与已计算出的车辆行驶距离的映射关系；步骤S3，分别测出不同转向盘角度下X方向和Y方向的位移向量，计算出不同转向盘角度下X方向和Y方向的位移向量；步骤S4，建立已测出的不同转向盘角度下X方向和Y方向的位移向量与已计算出的不同转向盘角度下X方向和Y方向的位移向量的映射关系后，绘制车辆绕行轨迹；步骤S5，基于步骤S2建立的映射关系对步骤S4建立的映射关系进行修正；步骤S6，叠加步骤S5已修正的映射关系形成行驶轨迹，完成与步骤S4绘制的车辆绕行轨迹的定位融合。的定位融合。的定位融合。


技术研发人员：覃斌 郑建明 张宇飞
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/7